Моделирование химико-технологических процессов с противоположностями

• Автор: Сенотова, Светлана Анатольевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 111 с. : ил

Введение
Глава 1. Методологические и математические основы исследования химикотехнологических процессов с противоположностями

1.1. Описание химикотехиологических процессов с противоположностями

1.1.1. Получение ацетилена

1.1.2. Полимеризация винилхлорида

1.1.3. Процесс получения хлорноватистой кислоты

1.2. Основы методологического анализа

1.2.1. Принцип управляемого противоречия

1.2.2. Методологический анализ химических процессов с противоположностями

1.3. Математические основы анализа систем с противоположностями

1.3.1. Химическое равновесие в математической форме

1.3.2. Метод квазистационарных концентраций
1.3.3. Метод БоксаДженкинса
1.3.4. Метод Эйлера на бесконечности
Глава 2. Математические модели двусторонних химикотехнологических процессов и методы их упрощения
2.1. Математическая модель процесса получения ацетилена
2.2. Математическая модель процесса полимеризации винилхлорида
2.3. Математические модели процесса получения хлорноватистой кислоты
2.3.1. Математическая модель процесса получения хлорноватистой кислоты в кислой среде и се упрощение
2.3.2. Математическая модель процесса получения хлорноватистой кислоты при переходе из щелочной среды в кислую среду
2.3.3. Вероятностная модель процесса получения хлорноватое гой кислоты
Глава 3. Исследование математических моделей химикотехнологических процессов с противоположностями и их практическое применение
3.1. Зависимость между расходом воды и температурой в генераторе ацетилена
3.2. Устойчивость поливинилхлорида данной марки
3.3. Зависимость между расходом винилхлорида и температурой в реакторе получения поливинилхлорида
3.4. Асимптотическая устойчивость положения равновесия реакции гидролиза хлора
3.5. Прогноз и управление в процессе получения хлорноватистой кислоты
3.5.1. Построение прогнозов
3.5.2. Проверка адекватности модели
3.5.3. Уравнение регрессии
3.6. Экспериментальная проверка моделей в лаборатории
3.7. Численный эксперимент 1
3.8. Численный эксперимент 2
3.9. Численный эксперимент 3
Глава 4. Программное обеспечение математических моделей химикотехнологических процессов с противоположностями
4.1. Объектноориентированное программирование и проектирование профамм
4.1.1. Объектноориентированное программирование
4.1.2. Описание библиотеки Vii
4.1.3. Проектирование программ
4.2. Специальное программное обеспечение математических моделей химикотехнологических процессов с противоположностями
4.2.1. Информационносоветующая система
4.2.2. Профаммная реализация моделей
Заключение
Литература


В первом параграфе рассматриваются процессы получения ацетилена, поливинилхлорида и хлорноватистой кислоты. В отечественной и зарубежной литературе такие процессы называются гомеостатическими, хотя этот термин более всего относится к живым и очень сложным производственным системам. Второй параграф посвящен принципу управляемого противоречия. Коротко излагается история гомеостатики и теория решения изобретательских задач. Особое внимание уделяется принципам разрешения противоречий. На основе этих принципов делается методологический анализ химикотехнологических процессов с противоположностями. В третьем параграфе излагаются математические основы систем с противоположностями. Рассматривается химическое равновесие в математической форме. Вводится константа равновесия К, которая характеризует двусторонний химический процесс, и константа ,9, которая описывает постоянство концентрации промежуточного продукта. Далее описывается аналитический метод квазистационарных концентраций, который позволяет разделить переменные на быстрые и медленные и понизить порядок системы, и стохастический метод БоксаДжснкинса, который позволяет прогнозировать случайную величину и давать рекомендации по управлению. Сложные химикотехнологические процессы описываются системами дифференциальных уравнений, которые проинтегрировать можно только численно. Для того чтобы проследить весь технологический процесс от старта до выхода на стационарный режим предлагается использовать метод Эйлера в итерационном цикле. С этой целью доказываются теоремы, обеспечивающие сходимость метода Эйлера на бесконечности и дающие оценку погрешности. Вторая глава содержит описание математических моделей двусторонних химикотехнологических процессов. Математическая модель полимеризации винилхлорида является двухфазной. Первая фаза полимеризации описывается системой двух алгебраических уравнений, так как на начальной стадии устанавливается стационарный режим. Вторая фаза полимеризации описывается системой двух дифференциальных уравнений. Процесс получения хлорноватистой кислоты в кислой среде описывается системой четырех нелинейных дифференциальных уравнений. Система является разномасштабной, так как скорости реакций отличаются на несколько порядков. Для упрощения системы применяется метод квазнстационарных концентраций. Математическая модель процесса получения хлорноватистой кислоты при переходе из щелочной среда в кислую состоит из двух систем дифференциальных уравнений, описывающих химические реакции, протекающие в щелочной и в кислой среде. К промежуточным продуктам удается применить приближение Бодснштсйна , , , . В результате получается математическая модель, состоящая из трех дифференциальных уравнений, которая допускает аналитическое решение. На основе метода БоксаДженкинса строится вероятностная модель получения хлорноватистой кислоты. По экспериментальным данным проводится идентификация технологического процесса. Доказывается, что процесс является процессом авторегрессии первого порядка. Третья глава посвящена исследованию математических моделей химикотехнологических процессов и их практическому применению. Докатана асимптотическая устойчивость поливинилхлорида данной марки и положения равновесия реакции гидролиза хлора. Проведена проверка адекватности вероятностной модели получения хлорноватистой кислоты. Найден коэффициент в уравнении регрессии, которое позволяет вычислять расход щелочи по спрогнозированной концентрации активного хлора. Описана экспериментальная проверка моделей в лаборатории и результаты численных экспериментов. Четвсртан глава содержит описание программного обеспечения математических моделей химикотехнологических процессов с противоположностями. В первом параграфе дастся общая характеристика объектноориентированного прщраммирования и проекгирования программ. Второй параграф посвящен специальному программному обеспечению. Подробно описывается Информационносоветующая система для оператора на стадии получения хлорноватистой кислоты, в основе которой лежит вероятностная модель. Затем в стандартной форме дается описание программной реализации моделей.